о Катод

УЭ 9

1 L

9 Катод

Рис. 4.1. Структура ТКВ: а - без катодных шунтов; б - с катодными шунтами; / - ток, протекающий при отрицательном смещении управляюп1его электрода (УЭ); 2 - ток, протекающий при разомкнутой цепи УЭ; 3 - ток, протекающий при смещении УЭ или без него

Напряжение Vs действует встречно обратному смещению, приложенному к управляющему электроду, и если ширина S, ток

/ (2) или поперечное сопротивление ps значительно больше критического значения, то это напряжение может превысить отрицательное смещение управляющего электрода и прямое смещение

, эмиттера, в результате чего при выключении тиристор разрушается.

При наличии катодных шунтиров складывается иная ситуация. Согласно рис. 4.1, б приложенное к управляющему электроду отрицательное смещение в случае прибора с шунтами приводит к увеличению тока в направлении от катодного шунта к

I управляющему электроду. Поперечный ток, текущий в р-базе, направлен против эффекта прямого смещения, обусловленного током восстановления. В этом случае высокое сопротивление р-базы полезно, поскольку оно увеличивает эффект противосме-щения тока управляющего электрода [Schlepel, 1976].

Для предотвращения возникновения слишком высокого продольного напряжения, приложенного к р-базе, все ТКВ должны иметь узкий п-эмиттер. По этой причине для мощных приборов целесообразно использовать управляющие электроды типа гребенка . Как указывалось в предыдущих главах, применение такой геометрии электродов требует больших токов управления.

i Поэтому используются структуры с предусилением, обеспечивающие необходимые условия включения прибора. Это особенно важно для ТКВ, которому необходимо работать в условиях высоких значений di/dt [Shimizu, Ока, Funakawa, 1976] и [Tada, Nakagawa, Ueda, 1981, 1982]. Тем не менее, как отмечалось в этих публикациях, при проектировании тиристоров необходимо решить ряд проблем.

На рис. 4.2 показан ТКВ с предусилением. Отметим, что диод включен между центральным управляющим электродом и вспомогательным управляющим электродом, предназначенным для

i/3,Q 1 г Q Hamad

9 Катод

Рис. 4.2. Тиристор с комбинированным выключением, регенеративным управляющим электродом и шунтирующим диодом (показан ток, текущий к управляющему

jf электроду во время выключения):

J - шунтирующий диод; 2 - вспомогательный управляющий электрод; 3 - управляющий тиристор

Рис. 4.3. Тиристор с комбинированным выключением, регенеративным управляющим электродом и интегральным шунтирующим диодом: / - диод; 2 - управляющий тиристор

комбинирювЭННОГО выключения. Он обеспечивает обходной путь току управляющего электрода мимо вспомогательного тиристора в процессе выключения прибора. В момент включения диод смещается в обратном направлении и ток управления течет, через вспомогательный тиристор. Однако при использовании этого диода возникают две проблемы.

Во-первых, время восстановления диода должно быть достаточно малым,-чтобы обеспечить вслед за выключением быстрое восстановление запирающих свойств диода и предотвратить его проводимость в обратном направлении, когда запускающий импульс прикладывается к управляющему электроду. Если этого не происходит, то эффективность основного управляющего электрода ограничивается ответвлением тока к вспомогательному управляющему электроду, что в свою очередь приводит к разрушению прибора fTada, Nakagawa and Ueda, 1982].

Во-вторых, определенные сложности возникают, когда диод интегральным образом создается в самой структуре ТКВ (см. рис. 4.3 и [Shnniru, Ока, Funakawa, 1976]. Для случая невстро-енного диода (рис. 4.2) время его восстановления необходимо контролировать. Однако это весьма сложно осуществить при монолитном исполнении тиристора. Время жизни неосновных носителей заряда следует контролировать локально только в области диода. В области тиристора этого не требуется.

Следующая проблема заключается в том, что появляется паразитная р-и-р-п-структура сформированная диодным слоем, п-базой и р-эмиттером тиристора. Во время выключения обратный ток управляющего электрода протекает через диод, вклю-96

чает паразитный тиристор и вызывает разрушение прибора. Поэтому следует ограничивать коэффициент инжекции эмиттера за счет уменьшения уровня легирования п-эмиттера для того, чтобы существенно поднять уровень легирования р-слоя в режиме инжекции.

На практике применение встроенного обводного диода не дает каких-либо преимуществ по сравнению с использованием двух отдельных дискретных приборов. Естественно, проблемы монолитного исполнения значительно сложнее.

1[ 4.2. Тиристор с обратной проводимостью [ТОП]

* Несмотря на то что ТКВ используется для уменьшения времени выключения тиристора, с его помощью удается снять эту проблему или сократить потери при включении. Значительное улучшение этих параметров достигается в тиристоре с обратной проводимостью (ТОП). Этот прибор имеет очень низкую блокирующую способность в обратном направлении порядка 20-30 В, но его можно проектировать с уменьшенной шириной п-базы в случае использования р-- п - р - п-структуры.

Для многих областей применений (в большинстве инверторов и ключевых схем) необходимо включать диод встречно-парал-лельно тиристору, как показано на рис 4.4, чтобы выводить об-гратный ток нагрузки минуя тиристор. В соответствии с особен-W ностями схемы обратное напряжение на тиристоре будет складываться из прямого падения его на диоде и составляющей Lj (di/dt), обусловленной некоторой паразитной индуктивностью Lg. В большинстве случаев, за исключением очень высоких частот, это напряжение обычно меньше 30 В. Таким образом, для тиристоров, применяемых в этих схемах, нет необходимости иметь высокую блокирующую способность.

Рис. 4.4. Тиристор с встречно-параллельно включенным диодом, обычно применяемый в коммутаторных и инверторных схемах

Рис. 4.5. Сравнение обычного (а) и асимметричного (б) тиристоров, спроектированных на одинаковое блокирующее напряжение: / - электрическое поле